Poêle de masse
Un poêle de masse est un poêle à bois comportant une grande masse thermique allant de plus de 500 kg à plusieurs tonnes (terre, briques réfractaires, faïence…) de manière à adoucir et mieux diffuser (dans le temps) la chaleur (de 12 à 24h, voire plus !). Il est aussi appelé foyer de masse thermique ou foyer radiant. La diffusion de la chaleur est par rayonnement (environ 80 %), très peu par convection (20 %). C'est le mode de chauffage au bois le plus économique et le plus durable après les économies d'énergie, par le biais de la conception climatique par exemple.
Les poêles de masse artisanaux sont souvent maçonnés en brique ou béton réfractaire. Ils sont souvent adaptables et modulables en fonction des besoins (puissance, esthétique, option four à pain, banc chauffant, cuisinière, production d'eau chaude sanitaire...). Le coût de fabrication est essentiellement réparti sur la main-d'œuvre, contrairement aux poêles de masse industriels, dont les coûts d'installation sont beaucoup plus faibles. Les poêles de masse industriels sont préfabriqués en usine et disponibles sur catalogues.
Sommaire
Historique[modifier]
Employé depuis la nuit des temps, ce principe de chauffage est aussi appelé poêle à inertie. Si l’un de ses ancêtres est sûrement l'hypocauste des Romains, il évolue à travers le poêle russe ou encore plus récemment le poêle alsacien en faïence... Depuis les années 80, plusieurs modèles sont développés au Danemark, en Finlande et au Canada où des organisations de constructeurs réalisent régulièrement des tests afin de faire évoluer l'efficacité du système. En raison de ses multiples avantages, tels que le confort de sa chaleur par rayonnement ou l'économie importante de combustible, et poussé par le vent de l'écologie, ce système de chauffage se répand désormais même sous des latitudes où le climat est plus clément.
Principe[modifier]
Le principe du poêle de masse est de stocker dans la masse qui le constitue l'énergie d'une flambée afin de la restituer régulièrement et progressivement sur une longue durée. Généralement, une flambée d'une à deux heures permet de chauffer pendant vingt-deux heures environ, ce qui permet à son utilisateur de ne faire qu'une flambée par jour. Selon la masse du poêle, sa surface extérieure et l'isolation de la maison, les flambées sont plus ou moins nombreuses et réparties en une à trois fois par jour. Plus la masse est faible, plus le nombre de flambées sera important.
Pour accroître l'efficacité de la flambée, le poêle de masse utilise le principe de la postcombustion. Ce principe vise à obtenir dans la première chambre de combustion une température suffisamment élevée des gaz émis par la flambée pour déclencher leur combustion dans une deuxième chambre. La température alors obtenue est de l'ordre des 1000 °C. Pour pouvoir enflammer la créosote produite par la première combustion incomplète, il est nécessaire d'obtenir dans la première chambre une température de l'ordre de 600 °C. Il est aussi nécessaire d'apporter un complément d'oxygène qui sera fourni soit par un excédent d'air primaire (air arrivant dans la première chambre de combustion), soit par une arrivée d'air dite secondaire (injecté entre les deux chambres ou quelques fois dans le haut de la première). Un dernier stratagème consiste à favoriser le mélange des fumées avec cet apport de comburant soit par la création d'un tourbillon, soit par le brassage de l'ensemble grâce à des obstacles étudiés à cet effet.
Le combustible a son importance aussi pour arriver à une combustion complète. Non pas par sa qualité, mais par sa teneur en eau qui ne devra pas excéder 15 à 20 % de son poids.
Une fois que des températures élevées sont obtenues, il serait dommage de perdre toute cette énergie en rejetant directement les fumées dans le conduit de cheminée. Aussi le poêle de masse est-il construit de manière à faire descendre ce flux de part et d'autre des deux chambres de combustion sur environ 2 mètres. Cette distance permet de diffuser la chaleur dans la masse par conductivité et ainsi de faire passer les gaz de 1000 °C (à la sortie de la seconde chambre de combustion) à 110 °C (pour les poêles ayant un rendement supérieur à 85 %) avant de les laisser s'échapper dans la cheminée.
En résumé: une flambée vive avec un apport d'air suffisant et un combustible bien sec permet d'obtenir un maximum de chaleur qui sera stockée dans le corps même du poêle, puis réémise dans la maison principalement sous forme d'infrarouges par les parois extérieures du poêle. Il en résulte des dégagements très peu polluants et une production de cendres minime (de l'ordre d'un seau par saison de chauffe pour les modèles les plus performants pour une utilisation journalière).
Avantages : les avantages sont multiples, allant du point de vue écologique au point de vue sanitaire. La chaleur dégagée par le poêle de masse est principalement rayonnante (infrarouges) (souvent comparée à l'action du soleil) apportant un confort rapide et homogène. Ce mode de propagation évite aussi le brassage des poussières par une masse d'air chauffée par convection, d'où une atmosphère agréable (notamment pour les personnes souffrant d'asthme). La consommation de bois est réduite à six stères de bois par saison de chauffe pour 150 m2 (bien sûr tout dépend de l'isolation de la maison. Les émanations sont beaucoup moins chargées de particules nocives et polluantes grâce à une combustion plus complète, ce qui fait de ce système de chauffage l'un des plus performants qui soient.
Matériaux[modifier]
Les matériaux utilisés peuvent être de plusieurs sortes : briques réfractaires haute densité, briques réfractaires courantes, briques simples , briques de terre crue (BTC), terre, argile, et toute la gamme des pierres (suivant les régions grès, granit, stéatite, etc.).
Pour l'emploi de ces divers matériaux, il est nécessaire de distinguer les différentes zones du poêle de masse.
Du foyer principal (600 °C), jusqu'au début des conduits de fumées descendantes (1000 °C), il est important de choisir une matière résistante à de telles températures, mais aussi ayant la capacité de résister aux chocs thermiques répétitifs. Dans la plupart des constructions actuelles, la brique réfractaire haute densité (avec un taux d'alumine de l'ordre de 40 %) est utilisée pour le compromis qu'elle offre face au couple température / choc thermique. De plus, sa capacité de chaleur massique permet une première accumulation de l'énergie produite. L'épaisseur des parois est de l'ordre de 12 cm, constituée soit d'une rangée unique de briques scellées à plat, soit de deux rangées de briques scellées sur la tranche.
Pour la partie de refroidissement des gaz, toute matière réfractaire ou résistante à des températures allant jusqu'à 600 °C peut être utilisée.
Pour l'habillage (parois construites autour du cœur de chauffe), les matériaux sont le plus souvent choisis sur des critères esthétiques. Il convient cependant de ne pas multiplier les couches pour une meilleure homogénéité dans la répartition de la chaleur. Un des critères est aussi la masse volumique du matériau utilisé, car il participe au complément de la masse totale et donc au temps de « décharge » du poêle. Cette couche fait habituellement 12 cm de large. L'important est que cette couche en contact avec l'air de la pièce permette un échange de température par rayonnement (choix de la matière et de la couleur) et que la paroi passe de +/- 80 °C en fin de flambée à +/- 40 °C avant la flambée suivante. Soit une perte régulière de deux degrés par heure environ pour un poêle à rechargement journalier.
Mais tout l'art du "poêliste" est de pouvoir jouer avec tous les paramètres (emplacement du poêle dans la maison, volumes des chambres de combustion, surface extérieure, calcul des masses nécessaires et de leur répartition, une ou deux peaux pour l'habillage, etc..) pour obtenir une courbe de température de surface qui permette de garder une température stable dans la maison (dans l'idéal variation de +/- 1 à 2°C sur 24 heures..
Construction[modifier]
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La dalle de départ[modifier]
Celle-ci doit être calculée pour pouvoir supporter la charge du poêle, cette question se pose principalement pour les constructions sur vide sanitaire, ou en étage. Soit on crée une plaque de répartition des charges, ou alors si possible on rajoute un soutènement sous une dalle existante.
Jonction des conduits de fumée[modifier]
Foyer primaire[modifier]
Le foyer primaire (appelé aussi chambre de 1re combustion) est l'endroit où est réalisée la flambée. La chaleur intérieure de cette chambre est de 850°C.
Dans un feu le mélange du dioxygène "O2" (dioxygène = molécule gazeuse composée de 2 atomes d'oxygène) contenu dans l'air ambiant se mélange spontanément au combustible, ce qui permet l'entretien de la combustion, en créant une aération on permet au feu de générer des flammes vigoureuses et riches en chaleur, mais aussi d'éviter pour un poêle froid des dégagements importants de fumées. Le bois en brulant génère du carbone + le dioxygène injecté et l'on obtient du dioxyde de carbone ou CO2.
Une ou plusieurs arrivées d'air doivent être créées : par le dessous de la grille à cendre et/ou par le devant du poêle au dessus de la porte du foyer. L'aménagement d'un déflecteur peut être réalisé, il se situe au fond du foyer et sert de conduit de réchauffement à l'air ambiant injecté par des orifices pratiqués au dos du poêle (de 2 à 3 orifices), cette aération accélère les flammes vers le conduit d'évacuation à la 2eme chambre. Il est nécessaire de prévoir un système de fermeture des aérations pour permettre de moduler l'enrichissement de l'air, mais aussi l'arrêt complet de l'air pour ne pas refroidir le poêle lorsque la flambée est finie.
La 1re chambre doit mesurer à sa base la dimension des bûches qui sont utilisées dans la région, en général de 33 cm ou de 50 cm, plus une marge de 5 à 10 cm pour les écarts de coupe. Donc une base de foyer de 40 cm x 40 cm ou 55 cm x 55 cm ou encore de 60 cm x 60 cm. La hauteur du foyer dépendra du besoin énergétique donc de l'ampleur de la construction. À titre indicatif, pour 60 m2 = 30 cm de hauteur; pour 100 m2 = 50 cm de hauteur; pour plus de 150 m2 = 60 cm de hauteur.
Les cendres s'éliminent au travers de la grille située sous la flambée vers un récipient faisant usage de bac à cendres.
Une plaque en fonte de cuisinière peut-être disposée sur la chambre primaire, l'évacuation des flammes et fumées se réalisera par le fond du foyer.
Le bois de la flambée sera disposé par couche dans un sens puis dans l'autre en respectant un écart entre buchettes de 5 cm pour permettre une bonne combustion. Superposer le bois le plus haut possible et l'allumer par le haut pour éviter un embrasement trop rapide.
Foyer secondaire[modifier]
Conduits latéraux[modifier]
Le banc (optionnel)[modifier]
L'habillage[modifier]
Voir aussi[modifier]
Liens internes[modifier]
Liens externes[modifier]
- (fra) Blog et Forum de discutions sur le Poêle de masse
- (fra) Principe et montage des kachelofen
- (fra) Théorie appliquée aux poêles de masse
- (fra) Clem-energy: Constructeur et installateur spécialisé dans les poêles de masse combinés (production de chaleur par rayonnement et par convection)
- (fra) Pyromasse: Origines et Fonctionnement
- (fra) Fonctionnement d'un poêle de masse
- (fra) Construction d'un poêle de masse
- (fra) Autoconstruction d'un poêle de masse : photos et documents
- (eng) Diy masonry heater ( poêle finlandais)
- (eng) Pointeur vers le brevet déposé par Albert A. Barden (Albiecore) en 1993
- (fra) Poêle de masse en action
- (fra) Feudebois : Exemples de poêles et de cuisinières de masse de l'école danoise
- (fra) Poele-cuisiniere.fr : Les avantages des poêles de masse
- (fra) Association oxalis : poêle de masse avec plan diffusés en ligne
Bibliographie[modifier]
- Finnish fireplaces, heart of the home, albert barden- heikki hyytiäinen, 1988, building book Ltd
- [1] , Afprøvning af Stenovne, tests de l'institut technologique du Danemark sur des poêles de masse (en danois, sic)
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